从我国提出2060年碳中和目标之后，无论是市场还是行业，“碳中和”都成为一个热门话题。那么什么是碳中和，碳中和离钢铁行业还有多远？
碳中和：更经济+更清洁+更安全的能源结构
2019年全国碳排放约在115亿吨二氧化碳当量，位居世界第一。虽然人均排放量不到美国和欧盟的一半，但总量确实十分惊人，约为美国58亿吨，欧洲35亿吨的2~3倍。
碳中和意味着社会经济活动的二氧化碳排放和二氧化碳吸收（指植物吸收CO2 和人工CO2 捕捉）总和为零（包含非二氧化碳的温室气体），按照预测我国二氧化碳吸收远期大约能达到15亿吨左右，那么未来碳排放量需要比目前减少90%才能实现碳中和，这将是未来我国在社会责任领域最大的挑战之一。
2000-2019年中国二氧化碳排放量（百万吨）
2020-2050年中国二氧化碳排放量展望（百万吨）
碳排放的来源包括煤炭、石油、天然气与工业过程，在我国朝碳中和目标前进的过程中，能源结构和产业结构必然发生剧烈变化，这将对工业制造业发展造成非常深远的影响。
我国是世界上最大的钢铁生产大国，粗钢产量连续20余年全球第一，与产量位居世界首位形成鲜明对比的是，行业高质量实施超低排放改造还有很长的路要走。
钢铁行业二氧化碳释放总量预测
钢铁行业是我国制造业碳排放大户
钢铁行业作为支柱性基础制造业，产量基数大，是二氧化碳排放大户。一直以来，节能减排都是钢铁行业的重点关注方向。截至2018年，钢铁行业CO2排放量达1884.4百万吨，吨钢CO2排放量为2.03吨，与2000年相比，粗钢产量增长622.4%，而钢铁行业CO2排放量仅增长382.7%，吨钢CO2排放量下降33.2%，说明我国钢铁行业节能减排工作取得了积极进展，CO2排放控制水平得到很大提升。但是，我国钢铁行业CO2排放量在工业CO2排放总量的占比仍然在上升，2018年占比达到18.72%，是碳排放最高的制造业行业。
钢铁行业消费的能源主要是煤炭，用作还原剂和燃料，其次是电力和天然气。2019年全球钢铁行业煤炭消费量占其能源消费总量的75%左右。根据国家统计局最新数据，2017年我国钢铁行业能源消费中煤炭占比接近90%，大幅超过全球平均水平，低碳能源渗透率很低。
由于钢铁行业体量大和工艺流程的特殊性，碳排放总量控制的压力十分巨大。从全球平均吨钢碳排放的变化来看，近年来并未出现突破性进展，钢铁行业的脱碳进程缓慢而艰难。
生产工艺结构不均衡制约钢铁超低排放
粗钢是钢铁行业最重要的中间产品，粗钢生产是钢铁行业最关键的生产环节。根据原料的不同，全球主要粗钢生产工艺可分为两类：第一类是将铁矿石还原为粗钢的工艺，具体包括高炉-转炉法（BF-BOF）、熔融还原法（SR-BOF）和直接还原法（DRI）；第二类是将废钢重新冶炼为粗钢的工艺，即基于废钢的电弧炉冶炼法（Scrap-based EAF）。
粗钢主要生产工艺路线∣来源：世界钢铁协会
我国钢铁行业主要的两类工艺路线为高炉-转炉法（BF-BOF）和基于废钢的电弧炉冶炼法（Scrap-based EAF）。2019年，我国电炉生产的粗钢产量占比10.4%，远低于全球平均水平27.7%。在2019年粗钢产量排名前10的国家中，中国是电炉钢占比最低的国家。有研究表明，我国吨钢碳排放高于全球平均水平主要由粗钢的生产工艺结构不均衡，电炉钢比例过低所致。
据了解，电炉炼钢主要利用电弧热，电弧作用区的温度高达4000℃。由于直接使用废钢作为原料，短流电炉炼钢工艺直接消除了许多造成污染的环节，因此受到许多钢铁公司的青睐。根据环保专家的估计，废钢直接炼钢炼铁可减少86％的废气，76％的废水和97％的废渣，有利于清洁生产和减少废物。
来自安塞尔米塔尔技术革新的启示
安塞尔米塔尔（ArcelorMittal）是全球最大的钢铁企业，在应对气候变化领域也走在行业前列，承诺到2030年比2018年减排30%，到2050年实现碳中和。为确保这一极具雄心的目标顺利实现，安塞尔米塔尔一直在探索以碳中和方式生产钢铁的技术，在2019年发布的《气候行动报告》中提出了不同的技术途径，并于2020年公布了实现碳中和的减排路线图。其实现碳中和目标主要依赖两种突破性的技术路线：智能碳（Smart Carbon）路线和基于直接还原铁（DRI）的路线。
智能碳（Smart Carbon）路线应用在传统的高炉-转炉（BF-BOF）工艺中，结合使用生物能源、CCS、氢能等技术实现全过程零排放。在初期以生物能源作为燃料和还原剂，捕获产生的碳排放加以再利用或存储。此外还可以使用天然气制取氢气，并辅以CCS技术清除在氢气制取过程和高炉炼铁过程产生的碳排放；随着氢能经济性和适用性的提高，将过渡到使用来自清洁电力制取的氢炼铁的阶段。
直接还原铁（DRI）路线是非高炉炼铁工艺。直接还原铁路线的最终形态是基于氢气的直接还原铁-电弧炉工艺（Hydrogen-based DRI-EAF），在初期将采用基于天然气的直接还原铁-电弧炉工艺（Natural gas-based DRI-EAF），两种技术的过渡仍取决于氢能技术的进展。为实现完全的碳中和，这一路线中使用的燃料也都来自生物能源。
实现碳中和依赖的两条技术路线∣来源：安塞尔米塔尔
安塞尔米塔尔在其碳中和减排路线图中指出，钢铁行业向碳中和过渡的最大障碍，除了必要的技术实现商业化应用之外，还需要公平的市场环境。碳中和钢的成本比传统的二氧化碳密集型钢高30%-80%，如果当前市场环境不改变，将无法在全球范围内实施减排措施，欧洲钢铁工业的市场竞争力也会受损。安塞尔米塔尔认为，有四个方面需要加以完善。
（1）碳边界调整。设计政策机制使欧盟钢铁企业与进口钢铁企业承担同样的碳成本，创造公平的竞争环境。
（2）为低排放炼钢技术的研究示范提供可持续融资。
（3）获得充足的、可负担的清洁能源。
（4）加快向循环经济的转型。欧盟气候与材料领域的政策应加强协同，从全生命周期的角度出发，确保材料尽可能以循环的方式生产和使用。
来自特斯拉碳交易的启示
美国时间1月27日，特斯拉发布了2020年第四季度以及全年财务业绩。财报数据显示，特斯拉不仅连续6个季度实现盈利，还首次实现全年盈利。而有趣的是，让特斯拉扭亏为盈的并不是汽车销售业务，而是隐形的碳交易收入。
特斯拉的这笔隐形收入通过出售纯电动汽车取得积分和碳排放配额，再通过碳排放交易取得的，足足有15.8亿美元，如果扣掉这笔碳交易收入，特斯拉实际亏损8.6亿美元。
自2017年末发改委下发《全国碳排放权交易市场建设方案（发电行业）》，以发电行业为突破口，7个碳交易试点区起步，启动全国碳排放交易体系建设。2020年底生态环境部再次公开征求意见，将碳市场统一纳入全国平台。为最终实现碳中和目标，下一步碳交易体系将逐步从电力行业扩大到石化、化工、建材、钢铁、水泥、有色、造纸、航空等领域。
碳市场通过将碳排放内化为企业经营成本，引导企业选择成本最优的节能减排方式。碳交易市场对所覆盖行业的碳排放总量进行限制，以企业为受监管主体，给其免费/有偿发放一定比例的碳配额。而后建立交易市场，企业实际排放超出配额的部分需要在市场中向拥有配额的政府、企业、或其他市场主体进行购买，若未足量购买配额以覆盖其实际排放量则面临高价罚款。通过这一套设计，碳交易市场将碳排放内化为企业经营成本的一部分，而交易形成的碳排放价格则引导企业选择成本最优的减碳手段，包括节能减排改造、碳配额购买、或碳捕捉等，市场化的方式使得在产业结构从高耗能向低耗能转型的同时，全社会减排成本保持最优化。
现在，碳中和已经敲响了钢铁行业的大门，钢铁行业正在积极制定碳中和行动目标、方案以及规范，积极探索建立适合我国钢铁行业发展的“碳交易”系统，实现低成本、高效率减少温室气体排放的目标。推动钢铁行业走低碳发展之路，改进企业的节能减排技术水平，增强我国钢铁行业在国际市场的话语权。
来源：新材道
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